【国际时事】第十一届 IEEE 年度宽禁带功率器件与应用研讨会（WiPDA 2024）——Ga₂O₃ 的机遇

        在最近的欧洲宽禁带功率器件与应用研讨会上，面向行业的学者们强调了基于 SiC、GaN 和 Ga₂O₃ 的器件的能力。

        曾经由硅主导的行业，现在有越来越多的宽禁带半导体进入大众的视野，每个半导体都有特定的属性组合，为技术人员提供了丰富的构建电路选择。氮化镓（GaN）在几百伏的电压下提供高效率和超快开关速度，而成本没有显着增加；碳化硅（SiC）是一种更成熟的技术，非常适合处理更高电压；而氧化镓（Ga₂O₃）具有更高的带隙，以及通过晶体块的熔体生长降低成本的潜力，有潜力超越前两者。

        近日在卡迪夫大学威尔士皇家音乐戏剧学院举行的 IEEE 宽禁带功率器件与应用研讨会 (WiPDA) 上，许多演讲者都强调了提高电气系统效率的必要性，通过改进电路设计和引入更好的器件，并概述了宽禁带产品组合中许多二极管和晶体管的优缺点。

来自瑞士苏黎世联邦理工学院的 Johan Kolar 认为，电力电子行业正处于第四个时代，并主张在迈向第五个时代时，应转向涉及材料回收利用的循环经济。

        英国布里斯托尔大学的 Martin Kuball 在主题演讲中详细介绍了Ga₂O₃的前景，以及通过将这种氧化物与其他材料配对来克服其缺点的方法。

        Kuball 表示：“就衬底尺寸而言，现在已经可以购买 4 英寸的材料，并且有研究演示了高达 6 英寸的材料，已经可以考虑进行商业化，因为氧化镓的衬底尺寸已经达到了可以进行工业制造的水平。”

        Kuball 指出，由Ga₂O₃制成的器件具有承受非常高的电场并表现出极低的导通电阻的潜力。然而，需要热管理来补偿这种氧化物的低热导率，并引入新材料以在器件中提供 p 型掺杂。

        在 Kuball 及其同事正在开发的众多器件中，最令人激动的可能是基于 n 型Ga₂O₃和 p 型金刚石配对的用于填充沟槽的超级结。早在 2021 年，该团队就利用金刚石的实际特性模拟了这种结构，考虑到由于晶粒结构导致的较低热导率，并发现这仍然可以显着改善热管理。这项工作还表明，通过优化电荷平衡和调整场分布，可以显着提高击穿电压。

布里斯托尔大学英国皇家研究院创新与研究中心（UKRI Innovation and Research Centre）REWIRE主任马丁-库巴尔（Martin Kuball）正在推动以异质集成为特色的Ga₂O₃器件的开发。

        与斯坦福大学合作，Kuball 和同事开始致力于超结器件的制造，研究侧壁特性。初始结构的击穿电压为 900 V，受限于两个材料之间界面处的峰值电场。解决这个问题可以将击穿电压提高到 5 kV 或更高。

        Kuball 透露：“需要强调的是，这种金刚石尚未达到优秀级别，它仍是一种有待进一步优化的纳米晶金刚石。”

        他显然对未来有很多计划，就像所有致力于开发宽禁带器件和设计集成它们的电路的人一样。这些努力带来了很多值得期待的地方。

约 130 名代表参加了在卡迪夫大学举行的欧洲电气和电子工程师学会（IEEE）宽禁带功率器件与应用研讨会。